应用对话式控制器生成CNC机床切削路径的方法与流程

本发明有关于一种应用对话式控制器生成CNC机床切削路径的方法，特别是指一种无需编撰CAD/CAM程序而是采用2维图纸形成2.5维或是简易3维模具的切削路径生成方法。

背景技术：

电脑数控(Computer Numeric Control；CNC)机床包含CNC车床、CNC铣床、CNC线切割…等等，工业用的CNC机床里都必需配备专属的控制器才能精密操作，因此，CNC机床的控制器即为CNC加工机具的大脑，它的型号通常标示在机床屏幕的上方。

当CNC机床开始执行加工时，CNC程序的指令就被送到CNC控制器做解读，而CNC控制器于指令解读完成后，将通过CNC机床里的机电系统及驱动系统(例如：伺服马达、滚珠螺杆及轴承、光学尺及其回授系统)做出符合CNC程序指令所要求的操作。

早期CNC控制器只接受CNC码、Macro或APT来操作，但是随着PC的发展，后来便以PC为基础来发展控制器，并有对话式(Conversational)或是参数式(Parametric)的控制器诞生，它可以不用依靠CNC程序，只需要接受用户输入工件图形上的参数数值即可进行加工。

PC-Based CNC控制器的核心软件组件包括：作业系统(OS)、人机界面(MMI)、可程序逻辑控制(PLC)、解译器(Interpreter)、运动控制、传输控制等；而核心硬件组件包括：工业级电脑、I/O板、运动控制轴卡、资料传输板、类比讯号控制板等。另外，伺服组件包括：AC/DC伺服驱动器、马达、步进马达及主轴马达等。

由于PC-Based控制器的发展，日后CNC控制器将能与CAD/CAM、网络、制程监控软件结合，未来可预期将会有智能式的CNC加工机诞生于世，而有关于加工机的智能化将有多个面向发展，如：加工智能化以及生产智能化。

其中，加工智能化要求控制器可承担工件图形的辨识，能针对不同的加工区块安排不同的切削刀具、不同的多刀工法组合，自动的残料切除、特殊不同材料的切削参数，工序的先后流程，有完整的加工对策与智能；沟通人性化要求具有语音、文字和视讯影像等通讯功能，能与生产计划调度系统联网，下载工作指令和加工程序，工件试切时可在荧幕上观察加工过程，并可以通过手机查询。

生产智能化要求将工作数据进行统计分析和管理刀具寿命，以及故障报警显示。未来的机台能连网并排除故障，会配备各种微型传感器来监控切削力、振动、热变形等所产生的误差，并自动加以补偿或调整机床工作状态，以提高机床的工作精度和稳定性。

而在CNC控制器进入高阶的Windows-based之后，CNC已进入模块化时代，就像手机一样各种功能会不断的加入，例如原本只做切削模拟的厂商，现在已经和某些机床所生产的机台做同步连接，除了可做基本的刀具路径模拟之外，也可做刀具与机台或夹治具之间的防撞模拟。

CNC机床的规格表，通常都会说明采用哪一种CNC控制器，但也有些机床厂会列出几种控制器，好让用户自己指定要哪种控制器。其中对话式控制器较著名的如Hurco对话式控制器或Fanuc对话式控制器，仅针对2.5D形状加工。

而近十年随着来PC的高度发展，PC-Based控制器的发展已遍及全球，从西门子(Siemens)的Window-based 840D到海德汉(HEIDENHAIN)iTNC-530控制器，以及近年来最保守的发那科(Fanuc)也发展了OpenCNC 160i系列控制器，这些PC-Based控制器的OS已从早期的DOS发展到现在的Windows作业系统(WindowsXP或Windows2000)，在Windows的开放式环境之下，智能型的CAD/CAM将竞相被植入，因此，对话式(或称参数式)的功能也会渐趋落后。

另外，对话式控制器的竞争对手为CAD/CAM编程与Windows的开放式环境，而一般大型机械加工厂皆须聘用专门的CAD/CAM程序员(programmer)，并搭配加工人员(operator)对CAD/CAM设定的加工程序与条件，进行机械加工。

但对于小型机械加工厂而言，一般加工人员仅熟悉CNC机械的加工条件(如刀表、刀库、对刀、刀参数)，并了解整个作业程序(Sequence)，因此，加工人员只需掌握已知加工程序与条件，读懂机械设计图纸(mechanical drawing)，无需额外进行CAD编程，仅需要通过对话式控制器的协助来补足CAM程序，以进行机械加工，减少了CAD/CAM程序员的聘用成本，可大幅节省制作成本，故对话式控制器的优势在于偏重于快速且少量的多样性制造，适合制作一些2.5D或简易3D的模具使用。

技术实现要素：

本发明的提供了一种应用对话式控制器生成CNC机床切削路径的方法，其目的在于提供一种采用对话式控制器生成2.5维或是简易3维模具切削路径的方法，利用对话式控制器协助加工人员来补足CAM程序进行机械加工，减少CAD/CAM程序员的聘用成本，适用于快速且少量的多样性制造，可大幅节省制作成本。

为达前述目的，本发明应用对话式控制器生成CNC机床切削路径的方法，包含：选择二维图纸档案；将上述二维图纸档案的资料转换为多个线段；将上述多个线段组合形成至少两个封闭曲线；选择第一封闭曲线以及第二封闭曲线，其中上述第一封闭曲线与第二封闭曲线之间相互接触或相互不接触；其中第一曲线及第二曲线组成的线段数量和类别相同或不相同；设定上述第一封闭曲线共平面的第一深度以及上述第二封闭曲线共平面的第二深度，其中，上述第一深度不同于上述第二深度；在上述第一深度至第二深度之间产生至少一条拟合介中封闭曲线，上述拟合介中封闭曲线的共平面深度不同于上述第一深度与第二深度；将上述第一封闭曲线、第二封闭曲线以及拟合介中封闭曲线结合产生带状曲面；演算上述带状曲面产生切削路径。

其中，上述二维图纸档案为DXF格式，而上述带状曲面呈现斜面凹槽或斜面凸起。

进一步，上述拟合介中封闭曲线是以等距分层偏移方式生成；而上述多个线段包含直线、圆弧以及聚合线的其中至少一种。

本发明特点在于通过导入的二维图纸档，经过操作界面让用户手动指定两个封闭曲线，再由两封闭曲线深度差之间设定参数形成多个拟合介中封闭曲线，从而形成2.5维或简易3维的带状曲面，再由对话式控制器产生切削路径，如此既可减少CAD/CAM程序员的聘用成本和加工程序编辑时间，大幅节省制作成本。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种应用对话式控制器生成CNC机床切削路径的方法特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1为本发明对话式控制器原始画面的示意图；

图2为本发明对话式控制器插入选择切削事件的示意图；

图3为本发明对话式控制器图形导入界面形成两封闭曲线的示意图；

图4为本发明对话式控制器设定第一深度与第二深度的示意图；

图5为本发明对话式控制器设定拟合介中封闭曲线的示意图；

图6为本发明对话式控制器形成带状曲面的示意图；以及

图7为本发明切削路径生成方法的流程图。

附图标号说明：

1---对话式控制器；

2---显示区；

20---加工图案；

21---第一封闭曲线；

22---第二封闭曲线；

23---参数列表；

231---第一深度栏位；

232---第二深度栏位；

233---进给量栏位；

24---物件图案；

25---拟合介中封闭曲线；

26---带状曲面；

27---加工预览图案；

3---选择功能区；

30---插入事件栏位；

31---活塞栏位；

32---孔洞栏位；

33---线弧栏位；

34---轮廓栏位；

35---凹槽栏位；

36---输入路径栏位；

37---预览栏位。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

请参考图1所示，本发明应用于CNC机床的对话式控制器1中，上述对话式控制器1的主要画面包含有显示区2以及多个位于上述显示区2周围的选择功能区3，首先，用户将游标移动到插入事件栏位30点击选择，新增切削事件。

请参考图2所示，当点击选择加入切削事件后，上述选择功能区3将显示出多种不同的切削类型栏位，上述切削类型栏位包含：位置(position)栏位31、孔洞(holes)栏位32、线弧(line arc)栏位33、轮廓(contour)栏位34以及凹槽凸起(pocket)栏位35，用户点击选择上述栏位，随后上述显示区2将显示出多个不同的切削样式提供用户选择，上述切削样式包含：圆形凹槽、方形凹槽、不规则凹槽以及斜锥面凹槽/凸起。随后，用户将游标移动至上述显示区2的斜锥面凹槽/凸起位置点选，完成加入切削斜锥面凹槽凸起事件。

请参考图3所示，当事件选择完成后，用户将游标移动至输入路径(import path)栏位36点击选择，随后用户选取需加工的二维图纸档案，上述对话式控制器1将解析上述二维图纸档案中的多个线段状态，并将上述线段组合形成至少两个封闭曲线，再由上述显示区2显示出上述二维图纸档案的加工图案20；后续用户必须任意选择上述加工图案20中的两个封闭曲线，如图所示，上述加工图案20的粗实线设为第一封闭曲线21，而上述加工图案20的粗虚线设为第二封闭曲线22。

其中，上述二维图纸档案为DXF格式，而上述多个线段包含有直线、圆弧以及聚合线的其中至少一种。

其中上述第一封闭曲线与第二封闭曲线，之间不限制是否相接触，不限制线段数量相同，也不限制线段类别相同。

请参考图4所示，选择上述第一封闭曲线21以及第二封闭曲线22后，上述显示区2将形成参数列表23以及物件图案24，用户再将游标依序移动至上述参数列表23的第一深度(D1)栏位231以及第二深度(D2)栏位232，分别指定上述第一封闭曲线21共平面的第一深度数值以及上述第二封闭曲线22共平面的第二深度数值，其中，上述第一深度须不同于上述第二深度。

请参考图5所示，输入上述第一深度与第二深度的数值后，用户再将游标移动至上述参数列表23的进给量(Rough peck increment)栏位233，输入进给量数值后，上述第一封闭曲线21以及第二封闭曲线22将以等距分层偏移方式生成至少一条拟合介中封闭曲线25，其中，上述拟合介中封闭曲线25的共平面深度必须不同于上述第一深度与第二深度。

最后，上述对话式控制器1将上述第一封闭曲线21、第二封闭曲线22以及拟合介中封闭曲线25结合产生带状曲面26；并将上述带状曲面26演算产生切削路径(图未示)。其中，上述带状曲面26会参考所设定的第一深度(D1)及第二深度(D2)，经由计算，则呈现斜面凹槽或斜面凸起样式。

请参考图6所示，输入上述进给量数值后，用户再把游标移动至上述选择功能区3的预览(PREVIEW)栏位37点击选择，上述显示区2将转换上述带状曲面26与切削路经的资料形成加工预览图案27，用户在确认上述加工预览图案27后，可以依据不同需求，重新设定上述第一封闭曲线21的第一深度、第二封闭曲线22的第二深度或是上述拟合介中封闭曲线25的共平面深度的进给量(RK)，直至符合产品加工需求。

请参阅图7所示，由前述对话式控制器1的操作实际可知，本发明切削路径的生成方法，主要包含：选择一二维图纸档案；将上述二维图纸档案的资料转换为多个线段；将上述多个线段组合形成至少两个封闭曲线；选择第一封闭曲线21以及第二封闭曲线22，其中上述第一封闭曲线21与第二封闭曲线22之间不相交；设定上述第一封闭曲线21共平面的第一深度以及上述第二封闭曲线22共平面的第二深度，其中，上述第一深度不同于上述第二深度；在上述第一深度至第二深度之间产生至少一条拟合介中封闭曲线25，上述拟合介中封闭曲线25的共平面深度不同于上述第一深度与第二深度；将上述第一封闭曲线21、第二封闭曲线22以及拟合介中封闭曲线25结合产生带状曲面26；演算上述带状曲面26产生切削路径。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。